В середине четвертого цикла наблюдений, который продлится до июня 2025 года, сотрудничество, стоящее за детекторами гравитационных волн в США, Европе и Японии, уже обнаружило более 200 источников гравитационных волн
Гравитационно-волновая астрономия, предсказанная Альбертом Эйнштейном и ожидавшаяся в течение девяти лет, наконец, стала бурно развивающейся областью астрономии. На 32-й Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Кейптауне учёные представили свои последние результаты и планы на будущее.
В настоящее время в середине четвёртого цикла наблюдений, который продлится до июня 2025 года, сотрудничество, стоящее за детекторами гравитационных волн в США, Европе и Японии (LIGO, Virgo и KAGRA), уже обнаружило более 200 источников гравитационных волн. Это превышает первоначальные ожидания к 2025 году. Большинство этих событий вызваны слиянием чёрных дыр или нейтронных звёзд в галактиках на расстоянии нескольких сотен миллионов световых лет.
Измерения позволяют учёным определять массы сливающихся объектов и прослеживать их историю формирования. Некоторые из них оказываются весом более 100 солнечных масс, что слишком много для того, чтобы быть произведёнными обычными вспышками сверхновых. Скорее всего, эти «тяжеловесы» являются результатом более ранних слияний, сообщила Сильвия Бисковяну из Северо-Западного университета.
Самое первое обнаружение в текущем цикле наблюдений, GW230529 (замечено 29 мая 2023 года), произошло из-за столкновения и слияния нейтронной звезды и неожиданно маломассивной чёрной дыры, между 2,5 и 4,5 массами Солнца. Учитывая тот факт, что такие слияния гораздо сложнее обнаружить, поскольку они производят менее мощные гравитационные волны, даже этот единичный случай указывает на то, что они должны происходить чаще, чем думали теоретики.
Моделирование показывает, что нейтронные звёзды могут быть разорваны приливными силами, когда их поглощают такие маломассивные чёрные дыры, временно оставляя облако сверхгорячего газа, которое будет испускать высокоэнергетическое излучение. Основываясь на статистике малых чисел, Бисковяну считает, что около 18% слияний с участием нейтронной звезды могут также производить электромагнитный аналог — в три раза чаще, чем предыдущие оценки.
До сих пор только одно гравитационно-волновое слияние двух нейтронных звёзд (GW170817) наблюдалось космическим телескопом Ферми как вспышка гамма-лучей и телескопами на Земле как килоновая. Большинство астрономов считают, что второе такое событие давно назрело, но Пол Гроот из Университета Радбауда (Нидерланды) считает задержку «скрытым благословением: теперь мы сосредоточили все наши усилия на понимании этого уникального события».
Другой способ наблюдения гравитационных волн — косвенный, путём измерения импульсов от вращающихся нейтронных звёзд, пульсаров. Поскольку пульсары распределены по небу, время прибытия регулярных вспышек пульсаров может немного меняться, поскольку на них влияют крайне низкочастотные гравитационные волны, проходящие через межзвёздное пространство.
Предварительное обнаружение космического фона этих наногерцовых волн, объявленное в прошлом году, в значительной степени было отнесено к сверхмассивным чёрным дырам в далёких галактиках.
Результаты становятся более определёнными по мере добавления к «массиву» более быстро вращающихся миллисекундных пульсаров и по мере того, как они отслеживаются в течение более длительного периода времени. Райан Шеннон из Технологического университета Суинберна (Австралия) сообщил на заседании МАС, что относительно новая радиообсерватория MeerKAT в Южной Африке делает именно это. Состоящая из 64 тарелок диаметром 13,5 метров каждая, MeerKAT в настоящее время наблюдает 83 миллисекундных пульсара каждые две недели. «MeerKAT быстро догоняет наногерцовые результаты других групп», — говорит он.
Шеннон ожидает, что наблюдения за пульсарами позволят выявить отдельные источники низкочастотных гравитационных волн в течение примерно четырёх лет.
Тем временем американский консорциум по хронометрированию пульсаров NANOGrav потерпел огромную неудачу из-за выхода из строя 305-метрового радиотелескопа Аресибо в конце 2020 года. Но, как говорит Скотт Рэнсом из Национальной радиоастрономической обсерватории, будущая обсерватория DSA-2000 посвятит четверть своего времени наблюдению за пульсарами. «Это будет один из самых ранних научных [результатов], полученных от DSA-2000», — говорит Рэнсом. Ожидается, что её завершение состоится в конце 2026 года.
NANOGrav вскоре может стать таким же чувствительным к гравитационным волнам наногерцового диапазона, как и массив пульсаров MeerKAT. «Он заменяет утраченную чувствительность Arecibo», — говорит Рэнсом. Это отчасти потому, что DSA-2000, как ожидается, также обнаружит несколько сотен новых миллисекундных пульсаров. Если источником гравитационных волн являются пары сверхмассивных чёрных дыр, Рэнсом оценивает, что в течение следующих 10–15 лет NANOGrav обнаружит десятки из них как отдельные источники.
«Будущее — громкое для гравитационно-волновой астрономии», — говорит Бисковяну, ссылаясь на часто используемую метафору, что измерение гравитационных волн — это как «прослушка» Вселенной. Организатор симпозиума Гроот согласился. «Это первая Генеральная ассамблея МАС, которая провела симпозиум по гравитационным волнам, но он определенно не последний», — добавил он.
